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1、錯(cuò)誤率比較低的題目1、 材料按電性能分為哪三類?電阻率范圍是多少?導(dǎo)體:;絕緣體:;半導(dǎo)體:2、 如何控制材料的導(dǎo)電性能?對(duì)于金屬和半導(dǎo)體材料哪種因素更重要,解釋原因控制材料的導(dǎo)電性能實(shí)際上就是控制材料中的載流子的數(shù)量和這些載流子的移動(dòng)速率。對(duì)于金屬材料來(lái)說,載流子的移動(dòng)速率特別重要.對(duì)于半導(dǎo)體材料來(lái)說,載流子的數(shù)量更為重要。 載流子的移動(dòng)速率取決于原子之間的結(jié)合鍵、晶體點(diǎn)陣的完整性、微結(jié)構(gòu)以及離子化合物中的擴(kuò)散速率。3、 禁帶寬度的概念電子填滿的價(jià)帶與未被電子填充的空帶(導(dǎo)帶)間沒有交疊,價(jià)帶和導(dǎo)帶間被禁帶隔開,禁帶寬度4、 反應(yīng)材料導(dǎo)電性能好壞的2個(gè)參數(shù)電阻率和電導(dǎo)率5、 雜質(zhì)半導(dǎo)體中,多
2、子數(shù)量和少子數(shù)量分別與什么因素有關(guān)在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與摻雜濃度有關(guān)。在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與溫度有關(guān)。6、 本征激發(fā)的概念價(jià)電子在獲得一定能量(溫度升高或受光照)后,即可掙脫原子核的束縛,成為自由電子(帶負(fù)電),同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位,稱為空穴(帶正電)。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。7、 為什么Si是半導(dǎo)體基石?從能帶結(jié)構(gòu)來(lái)看碳、硅、鍺導(dǎo)電性差距大的原因鍺比硅容易提純,所以最初發(fā)明的半導(dǎo)體三極管是鍺制成的。但是,鍺的禁帶寬度(0.67eV)只有硅的禁帶寬度(1.11eV)的大約一半,所以硅的電阻率比鍺大,而且在較寬的禁帶中能夠更加有效地設(shè)置雜質(zhì)能級(jí),所以后來(lái)硅半導(dǎo)體逐漸取代了鍺半導(dǎo)體。硅取
3、代鍺的另一個(gè)主要原因是在硅的表面能夠形成一層極薄的SiO2絕緣膜,從而能夠制備MOS型三極管。雖然鍺、硅和錫的能帶結(jié)構(gòu)與金剛石相似,但這些材料的禁帶寬度Eg 較小。實(shí)際上,錫的禁帶寬度小得使它具有類似導(dǎo)體的導(dǎo)電性。而禁帶寬度Eg稍大一點(diǎn)的鍺和硅成了典型的半導(dǎo)體。禁帶寬度:C金剛石(5.48eV)、Si(0.67eV)、Ge(0.08eV)8、 能帶結(jié)構(gòu)中,電子和空穴的運(yùn)動(dòng)方向9、 外加電壓的作用下,P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的主要電流,區(qū)分兩種半導(dǎo)體的方法P型半導(dǎo)體是空穴電流,n型半導(dǎo)體是電子電流。10、 對(duì)于金屬材料和半導(dǎo)體材料,移動(dòng)速率和載流子對(duì)應(yīng)的主要影響對(duì)于金屬材料來(lái)說,載流子的移動(dòng)速率特
4、別重要.對(duì)于半導(dǎo)體材料來(lái)說,載流子的數(shù)量更為重要。11、 電子遷移率比空穴大的原因12、 PN結(jié)中半導(dǎo)體的空穴-電子形成(畫圖),PN結(jié)耗盡區(qū),激發(fā)電子及空穴移動(dòng)方向13、 在PN結(jié)中,簡(jiǎn)述漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)(多子和少子分別參與什么),多子、少子分別是什么,非本征半導(dǎo)體中的由于雜質(zhì)原子而形成的載流子稱為多數(shù)載流子,雖然摻入的雜質(zhì)原子的數(shù)量與半導(dǎo)體原子數(shù)量相比只是少數(shù)。而本征半導(dǎo)體中由于熱激發(fā)等產(chǎn)生的載流子稱為少數(shù)載流子。14、 DSSC光轉(zhuǎn)換機(jī)理光電轉(zhuǎn)換機(jī)理:(1)太陽(yáng)光(hv)照射到電池上,基態(tài)染料分子(S)吸收太陽(yáng)光能量被激發(fā),染料分子中的電子受激躍遷到激發(fā)態(tài) (S*);(2) 激發(fā)態(tài)的電
5、子快速注入到TiO2導(dǎo)帶中;(3)電子在TiO2膜中迅速的傳輸,在導(dǎo)電基片上富集,通過外電路流向?qū)﹄姌O;(4)處于氧化態(tài)的染料分子(S*)與電解質(zhì)(I-/I3-)溶液中的電子供體(I-)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而回到基態(tài),染料分子得以再生;(5)在對(duì)電極附近,電解質(zhì)溶液得到電子而還原。15、 太陽(yáng)能電池中窗口層材料的作用,選擇禁帶寬度大的窗口層的原因一般窗口層起到同電池本體層形成pn結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的作用,如果電池本體層是N型,窗口就是p型,反之亦然。但是,由于窗口層是表面層,表面復(fù)合嚴(yán)重,因此窗口層要盡量避免吸收光產(chǎn)生載流子,因此窗口層普遍采用禁帶寬度大的材料制成,盡量不吸收光。因?yàn)榇翱趯涌拷砻?,缺陷非?/p>
6、多,如果吸收光產(chǎn)生光生載流子的話很容易死掉,對(duì)電池輸出不做貢獻(xiàn),吸收的光都浪費(fèi)了,降低了電池效率。所有把光盡可能的讓本體材料吸收。16、 本章中沒有用到PN結(jié)的太陽(yáng)能電池燃料敏化太陽(yáng)能電池DSSC17、 太陽(yáng)能電池效率的影響因素18、 TiO2染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化機(jī)理,兩電極各自發(fā)生的反應(yīng)及原理水溶液中的TiO2電極被光照射后,光激發(fā)的電子進(jìn)入半導(dǎo)體電極內(nèi)部,空穴到達(dá)半導(dǎo)體表面。此空穴與水里的氧離子相互作用,電子則通過鉑電極與氫離子相互作用。結(jié)果是:在二氧化鈦電極上會(huì)產(chǎn)生氧氣,在對(duì)極的鉑電極上會(huì)產(chǎn)生氫氣19、 用接觸理論解釋半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池原理當(dāng)太陽(yáng)光射入到p-n結(jié)時(shí),p型區(qū)域和n型區(qū)域
7、都有可能出現(xiàn)電子激發(fā)現(xiàn)象。n型區(qū)域的價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶上后,就停留在n型的導(dǎo)帶上,而在n型價(jià)帶上同時(shí)形成的空穴會(huì)遷移到能量更穩(wěn)定的p型的價(jià)帶上去。p型區(qū)域的價(jià)電子被激發(fā)到導(dǎo)帶上后,將遷移到能量更穩(wěn)定的n型的導(dǎo)帶上,而在p型區(qū)域價(jià)帶上同時(shí)形成的空穴則停留在該價(jià)帶上。p-n結(jié)不僅能將光子能量轉(zhuǎn)變成電荷能量,更重要的是能夠在空間位置上將正負(fù)電荷分離開來(lái)。如果在p-n結(jié)的外部接上回路,這些被分離的正負(fù)電荷就可以通過回路相互結(jié)合,這就是太陽(yáng)能電池。20、 P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體分別摻入的元素及價(jià)態(tài)21、 相對(duì)電導(dǎo)率概念22、 非本征半導(dǎo)體的電導(dǎo)率影響因素(內(nèi)因和外因)對(duì)于非本征半導(dǎo)體來(lái)說,材料的電阻率
8、(電導(dǎo)率)主要和多數(shù)載流子濃度以及遷移率有關(guān)。雜質(zhì)濃度增高時(shí),曲線嚴(yán)重偏離直線,主要原因:雜質(zhì)在室溫下不能完全電離;遷移率隨雜質(zhì)濃度的增加而顯著下降左圖所示為一塊N型半導(dǎo)體材料中,當(dāng)施主雜質(zhì)的摻雜濃度ND為1E15cm-3時(shí),半導(dǎo)體材料中的電子濃度及其電導(dǎo)率隨溫度的變化關(guān)系曲線。1)溫度比較低時(shí):則由于雜質(zhì)原子的凍結(jié)效應(yīng),載流子濃度和半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率都隨著溫度的下降而不斷減小。2)在非本征激發(fā)為主的中等溫度區(qū)間內(nèi)(即大約200K至450K之間):此時(shí)雜質(zhì)完全離化,即電子的濃度基本保持不變,但是由于在此溫度區(qū)間內(nèi)載流子的遷移率隨著溫度的升高而下降,因此在此溫度區(qū)間內(nèi)半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率也隨著溫度
9、的升高而出現(xiàn)了一段下降的情形。3)當(dāng)溫度進(jìn)一步升高,則進(jìn)入本征激發(fā)區(qū):此時(shí)本征載流子的濃度隨著溫度的上升而迅速增加,因此電導(dǎo)率也隨著溫度的上升而迅速增加。 23、 具備什么特征的半導(dǎo)體能夠光致發(fā)光價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的禁帶寬度不大不小,所以被激發(fā)的電子從導(dǎo)帶躍過禁帶回到價(jià)帶時(shí)釋放的光子波長(zhǎng)剛好在可見光波段。(熒光材料)24、 光致發(fā)光效應(yīng)的概念,簡(jiǎn)述其過程,如何使硅產(chǎn)生光致發(fā)光效應(yīng),產(chǎn)生光致發(fā)光效應(yīng)材料的特點(diǎn)價(jià)帶的電子受到入射光子的激發(fā)后,會(huì)躍過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶。如果導(dǎo)帶上的這些被激發(fā)的電子又躍遷回到價(jià)帶時(shí),會(huì)以放出光子的形式來(lái)釋放能量,這就是光致發(fā)光效應(yīng),也稱為熒光效應(yīng)。將硅制成納米線價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的
10、禁帶寬度不大不小,所以被激發(fā)的電子從導(dǎo)帶躍過禁帶回到價(jià)帶時(shí)釋放的光子波長(zhǎng)剛好在可見光波段。25、 簡(jiǎn)單畫出發(fā)光二極管的發(fā)光原理在正向偏壓的作用下:p-n結(jié)勢(shì)壘降低,勢(shì)壘區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)也相應(yīng)減弱,載流子也會(huì)在正向偏壓的作用下發(fā)生擴(kuò)散:n型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的多數(shù)載流子電子擴(kuò)散到p型半導(dǎo)體區(qū),同時(shí)p型半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的多數(shù)載流子空穴擴(kuò)散到n型半導(dǎo)體區(qū)。這些注入到p區(qū)的載流子電子和注入到n區(qū)的載流子空穴都是非平衡的少數(shù)載流子。這些非平衡的少數(shù)載流子不斷與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光,這就是半導(dǎo)體p-n結(jié)發(fā)光的原理。 26、 光生伏特效應(yīng):光生電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)方向是否一致,光生電場(chǎng)產(chǎn)生原因光生伏特效應(yīng):光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)或金屬
11、半導(dǎo)體接觸面上時(shí),會(huì)在p-n結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸的兩側(cè)產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì); p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng):當(dāng)用適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射p-n結(jié)時(shí),由于內(nèi)建場(chǎng)的作用(不加外電場(chǎng)),光生電子拉向n區(qū),光生空穴拉向p區(qū),相當(dāng)于p-n結(jié)上加一個(gè)正電壓;半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(光生電壓);如將p-n結(jié)短路,則會(huì)出現(xiàn)電流(光生電流)。27、 激光又名鐳射,全名是什么?激光形成的三大基本條件及其作用激光又名鐳射 (Laser), 它的全名是“輻射的受激發(fā)射光放大”。(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)諧振腔作用:提高激光的方向性。沿軸向傳播的光,可在腔
12、內(nèi)來(lái)回反射,不斷通過受激輻射得到放大,而沿其它方向傳播的光很快從側(cè)面逸出,不能繼續(xù)引起受激輻射。提高激光的單色性。光在腔內(nèi)來(lái)回反射, 產(chǎn)生多光束干涉, 結(jié)果, 只有其半波長(zhǎng)的整數(shù)倍等于腔長(zhǎng)的光才會(huì)在腔內(nèi)存在。激光形成的基本條件:(1) 要有適當(dāng)?shù)募す夤ぷ魑镔|(zhì)(2) 要有外界激勵(lì)源(3) 要有激光諧振腔28、 光分解水,TiO2和Pt電極表面分別得到什么氣體?為什么?水溶液中的TiO2電極被光照射后,光激發(fā)的電子進(jìn)入半導(dǎo)體電極內(nèi)部,空穴到達(dá)半導(dǎo)體表面。此空穴與水里的氧離子相互作用,電子則通過鉑電極與氫離子相互作用。結(jié)果是:在二氧化鈦電極上會(huì)產(chǎn)生氧氣,在對(duì)極的鉑電極上會(huì)產(chǎn)生氫氣。29、 能夠畫出元
13、素的能帶結(jié)構(gòu),金屬的能帶結(jié)構(gòu)特征,繪圖表示鈉與鎂的能帶重疊現(xiàn)象。鈉只有1個(gè)3s電子,在3s價(jià)帶只有一半的能級(jí)被電子所占據(jù)。自然,這些被電子占據(jù)的能級(jí)應(yīng)該是能量較低的能級(jí),而3s價(jià)帶中能量較高的處于上方的能級(jí)很少有電子占據(jù)。當(dāng)溫度為絕對(duì)零度時(shí),只有下面一半的能級(jí)被電子占據(jù),上面一半的能級(jí)沒有電子占據(jù)。能帶中有一半的能級(jí)被電子占據(jù)的能級(jí)稱為費(fèi)密能級(jí)。而當(dāng)溫度大于絕對(duì)零度時(shí),有一些電子獲得了能量,跳到價(jià)帶里的較高能級(jí),而在相對(duì)應(yīng)的較低的能級(jí)上失去了電子,產(chǎn)生了相同數(shù)量的空穴。鎂原子的核外電子結(jié)構(gòu)為1s22s22p63s2。像鎂這樣的周期表A族元素的最外層3s軌道有2個(gè)電子,所以按理說它的3s能帶就會(huì)
14、被電子全部占滿。但是,由于固體鎂的3p能帶與3s能帶有重疊,這種重疊使得電子能夠激發(fā)到3s和3p的重疊能帶里的高能級(jí),所以鎂具有導(dǎo)電性。30、 解釋邁斯納效應(yīng)31、 過渡金屬的電子結(jié)構(gòu)32、 列舉半導(dǎo)體的物理效應(yīng)(至少三種)余輝效應(yīng)、發(fā)光二極管、激光二極管、光伏特效應(yīng)33、 Ge的導(dǎo)電性好,而且比Si易提純,為什么Si是半導(dǎo)體基石?鍺比硅容易提純,所以最初發(fā)明的半導(dǎo)體三極管是鍺制成的。但是,鍺的禁帶寬度(0.67eV)只有硅的禁帶寬度(1.11eV)的大約一半,所以硅的電阻率比鍺大,而且在較寬的禁帶中能夠更加有效地設(shè)置雜質(zhì)能級(jí),所以后來(lái)硅半導(dǎo)體逐漸取代了鍺半導(dǎo)體。硅取代鍺的另一個(gè)主要原因是在硅
15、的表面能夠形成一層極薄的SiO2絕緣膜,從而能夠制備MOS型三極管。34、 經(jīng)典自由電子論的概念及缺點(diǎn), 35、 量子自由電子論與經(jīng)典自由電子論的主要區(qū)別經(jīng)典自由電子論的問題根源在于它是立足于牛頓力學(xué)的,而對(duì)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)問題,需要利用量子力學(xué)的概念來(lái)解決。36、 經(jīng)典自由電子論、量子自由電子論、能帶理論三種方法分析材料的主要特征從連續(xù)能量分布的價(jià)電子在均勻勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),到不連續(xù)能量分布的價(jià)電子在均勻勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),再到不連續(xù)能量分布的價(jià)電子在周期性勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),分別是經(jīng)典自由電子論、量子自由電子論、能帶理論這三種分析材料導(dǎo)電性理論的主要特征。37、 畫圖表示余輝產(chǎn)生原理,影響因素,金屬是否有余
16、輝效應(yīng)如果熒光材料中含有一些微量雜質(zhì),且這些雜質(zhì)的能級(jí)位于禁帶內(nèi),相當(dāng)于陷阱能級(jí)(Ed),從價(jià)帶被激發(fā)的電子進(jìn)入導(dǎo)帶后,又會(huì)掉入這些陷阱能級(jí)。因?yàn)檫@些被陷阱能級(jí)所捕獲的激發(fā)電子必須首先脫離陷阱能級(jí)進(jìn)入導(dǎo)帶后才能躍遷回到價(jià)帶,所以它們被入射光子激發(fā)后,需要延遲一段時(shí)間才會(huì)發(fā)光,出現(xiàn)了所謂的余輝現(xiàn)象。 余輝時(shí)間取決于這些陷阱能級(jí)與導(dǎo)帶之間的能級(jí)差,即陷阱能級(jí)深度。因?yàn)樵谝欢囟认拢?)處于較深的陷阱能級(jí)上的電子被熱重新激發(fā)到導(dǎo)帶的幾率較小,2)或者電子進(jìn)入導(dǎo)帶后又落入其他陷阱能級(jí)(發(fā)生多次捕獲),這些情況都使余輝時(shí)間變長(zhǎng),也就是使發(fā)光的衰減很慢。光致發(fā)光現(xiàn)象不會(huì)在金屬中產(chǎn)生。因?yàn)樵诮饘僦?,價(jià)帶沒有
17、充滿電子,低能級(jí)的電子只會(huì)激發(fā)到同一價(jià)帶的高能級(jí)。在同一價(jià)帶內(nèi),電子從高能級(jí)躍遷回到低能級(jí),所釋放的能量太小,產(chǎn)生的光子的波長(zhǎng)太長(zhǎng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過可見光的波長(zhǎng)。38、 光電池分類(4類)39、 1個(gè)原子到N個(gè)原子的2S軌道變遷當(dāng)N個(gè)原子相互靠近形成一個(gè)固體時(shí),泡利不相容原理仍然成立,即在整個(gè)固體中,也只能有2個(gè)電子占據(jù)相同的2s能級(jí)。 當(dāng)兩個(gè)原子的距離足夠近時(shí),它們的2s軌道的電子就會(huì)相互作用,以致不能再維持在相同的能級(jí)。 當(dāng)固體中有N個(gè)原子,這N個(gè)原子的2s軌道的電子都會(huì)相互影響。這時(shí)就必須出現(xiàn)N個(gè)不同的分立能級(jí)來(lái)安排所有這些2s軌道的電子(這些電子共有2N個(gè))。 2s軌道的N個(gè)分立的能級(jí)組合在一
18、起,成為2s的能帶。40、 超導(dǎo)體的兩大基本特性、三個(gè)性能指標(biāo)完全導(dǎo)電性、完全抗磁性;超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界磁感應(yīng)強(qiáng)度、臨界電流密度41、 能級(jí)分裂的原因,分析能帶出現(xiàn)的原因;間接躍遷的類型;固體電子能帶的形成過程能級(jí)分裂的原因:電子波函數(shù)疊合、相互作用的結(jié)果固體電子能帶結(jié)構(gòu):原子間處于平衡間距時(shí)的能帶結(jié)構(gòu)當(dāng)N個(gè)原子相互靠近形成一個(gè)固體時(shí),泡利不相容原理仍然成立,即在整個(gè)固體中,也只能有2個(gè)電子占據(jù)相同的2s能級(jí)。 當(dāng)兩個(gè)原子的距離足夠近時(shí),它們的2s軌道的電子就會(huì)相互作用,以致不能再維持在相同的能級(jí)。 當(dāng)固體中有N個(gè)原子,這N個(gè)原子的2s軌道的電子都會(huì)相互影響。這時(shí)就必須出現(xiàn)N個(gè)不同的分
19、立能級(jí)來(lái)安排所有這些2s軌道的電子(這些電子共有2N個(gè))。 2s軌道的N個(gè)分立的能級(jí)組合在一起,成為2s的能帶。間接躍遷分為四種類型。42、 如何控制材料的導(dǎo)電性本征半導(dǎo)體中,通過控制溫度來(lái)控制載流子的數(shù)量及其導(dǎo)電性。在絕對(duì)零度時(shí),所有的電子都處于價(jià)帶,導(dǎo)帶中的所有能級(jí)都是空的。當(dāng)溫度升高時(shí),電子占據(jù)導(dǎo)帶能級(jí)的可能性也增加,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性也隨之增加。半導(dǎo)體中的導(dǎo)電性與溫度的這種關(guān)系剛好與金屬相反。非本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性主要取決于添加的雜質(zhì)原子的數(shù)量,而在一定溫度范圍內(nèi)與溫度關(guān)系不大。43、 畫圖區(qū)分能帶結(jié)構(gòu)中的價(jià)帶、導(dǎo)帶?在半導(dǎo)體中,由于鄰近原子的作用,電子所處的能態(tài)擴(kuò)展成能級(jí)連續(xù)分布的能帶。能
20、量低的能帶稱為價(jià)帶,能量高的能帶稱為導(dǎo)帶,導(dǎo)帶底的能量Ec 和價(jià)帶頂?shù)哪芰縀v 之間的能量差Ec-Ev=Eg稱為禁帶寬度或帶隙。電子不可能占據(jù)禁帶。錯(cuò)誤率比較高的題目1、 半導(dǎo)體的功函數(shù)2、 能帶理論解釋導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的區(qū)別3、 長(zhǎng)余輝材料能夠得到較長(zhǎng)余輝時(shí)間的原因,余輝時(shí)間有關(guān)的因素通過設(shè)定陷阱能級(jí),長(zhǎng)余輝材料-夜光材料余輝時(shí)間取決于這些陷阱能級(jí)與導(dǎo)帶之間的能級(jí)差,即陷阱能級(jí)深度。4、 兩種典型的金屬與N型半導(dǎo)體的接觸一類是整流接觸,即制成肖特基勢(shì)壘二極管,另一類是非整流接觸,即歐姆接觸。MS 1)反向:如果加上偏壓,使金屬與負(fù)極連接,半導(dǎo)體與正極連接,電子在此偏壓的作用下從金屬流向半
21、導(dǎo)體,要越過一個(gè)很大的勢(shì)壘。故此時(shí)為反向偏壓,電流很小。2)正向:如果使金屬與正極連接,半導(dǎo)體與負(fù)極連接,電子在此偏壓下從半導(dǎo)體流向金屬,要越過的勢(shì)壘較小,此時(shí)為正向偏壓,電流較大。M S時(shí) 此時(shí)金屬的費(fèi)密能級(jí)較高,電子從金屬流向半導(dǎo)體,使金屬表面帶正電。半導(dǎo)體表面因積累電子而帶負(fù)電,半導(dǎo)體內(nèi)部電子增多而費(fèi)密能級(jí)上升。當(dāng)半導(dǎo)體和金屬的費(fèi)密能級(jí)相等時(shí),電子停止流動(dòng),達(dá)到平衡狀態(tài)。半導(dǎo)體表面能帶向下彎曲,金屬與半導(dǎo)體界面沒有勢(shì)壘。無(wú)論所加的偏壓極性如何,電子都可以自由通過界面,此時(shí)的半導(dǎo)體與金屬的接觸狀態(tài)稱為歐姆接觸 。5、 非本征半導(dǎo)體的種類及形成過程N(yùn)型半導(dǎo)體:硅或鍺中摻入五價(jià)元素,摻雜后自由
22、電子數(shù)目大量增加,自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式,稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體:硅或鍺中摻入三價(jià)元素,摻雜后空穴數(shù)目大量增加,空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式,稱為空穴半導(dǎo)體或 P型半導(dǎo)體。6、 超導(dǎo)現(xiàn)象的概念7、 簡(jiǎn)述PN結(jié)單向?qū)щ娦缘脑?;PN結(jié)的導(dǎo)電性(導(dǎo)通、截止)及原因,半導(dǎo)體PN結(jié)發(fā)光原理及伏安特性PN 結(jié)加正向電壓時(shí),PN結(jié)變窄,正向電流較大,正向電阻較小,PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。(內(nèi)電場(chǎng)被削弱,多子的擴(kuò)散加強(qiáng),形成較大的擴(kuò)散電流。) PN 結(jié)加反向電壓時(shí),PN結(jié)變寬,反向電流較小,反向電阻較大,PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。(內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng),少子的漂移加強(qiáng),由于少子數(shù)量很
23、少,形成很小的反向電流。)8、 解釋N型半導(dǎo)體的形成9、 Si、C有未滿帶,但是導(dǎo)電性差的原因這些元素都是以共價(jià)鍵結(jié)合的,最外層的s能帶電子和p能帶電子都被原子緊緊束縛。共價(jià)鍵使能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生比較復(fù)雜的變化,即雜化現(xiàn)象。金剛石中的碳原子的2s和2p能級(jí)可以容納8個(gè)電子,但實(shí)際上只有4個(gè)電子可用。當(dāng)碳原子形成固體金剛石時(shí),2s和2p能級(jí)相互作用,形成如圖的2個(gè)雜化能帶。每個(gè)雜化能帶都能容納4N個(gè)電子,但是由于一共只有4N個(gè)電子,所以較低的雜化能帶(價(jià)帶)充滿了電子,而較高的雜化能帶(導(dǎo)帶)則沒有一個(gè)電子。在金剛石的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間有一個(gè)較大的禁帶Eg。很少有電子具有足夠的能量,能夠從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶去
24、。所以金剛石的電導(dǎo)率很低。10、 金屬的能帶結(jié)構(gòu)特征11、 描述N型半導(dǎo)體及其能帶結(jié)構(gòu)12、 三種輻射方式,自發(fā)輻射的定義電子吸收外來(lái)光子能量,并從能級(jí)E1,躍遷到高能級(jí)E2,且,這個(gè)過程叫做光吸收。原子在沒有外界干預(yù)的情況下,電子會(huì)由處于激發(fā)態(tài)的高能級(jí)自動(dòng)躍遷到低能級(jí) , 這種躍遷稱為自發(fā)躍遷,由自發(fā)躍遷而引起的光輻射稱為自發(fā)輻射.原子中處于高能級(jí)E2的電子,會(huì)在外來(lái)光子(其頻率恰好滿足)的誘發(fā)下向低能級(jí)E1躍遷, 并發(fā)出與外來(lái)光子一樣特征的光子, 這叫受激輻射.13、 簡(jiǎn)述光生伏特效應(yīng)的概念、原理光生伏特效應(yīng):光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸面上時(shí),會(huì)在p-n結(jié)或金屬半導(dǎo)體接觸的兩側(cè)產(chǎn)
25、生光生電動(dòng)勢(shì);光照時(shí)在PN結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對(duì);在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下,空穴向p區(qū)運(yùn)動(dòng),而電子向n區(qū)運(yùn)動(dòng),使p端電勢(shì)升高,n端電勢(shì)降低;所以,光生電場(chǎng)由p端指向n端,使勢(shì)壘降低,產(chǎn)生正向電流IF;由于空穴向p區(qū)運(yùn)動(dòng),所以在p-n結(jié)內(nèi)部形成自n區(qū)向p區(qū)的光生電流Il14、 量子自由電子論的概念;量子自由電子輪的四個(gè)基本假設(shè),解釋導(dǎo)電現(xiàn)象金屬離子所形成的勢(shì)場(chǎng)各處都是均勻的,價(jià)電子是共有化的,它們不束縛于某個(gè)原子上,可以在整個(gè)金屬內(nèi)自由地運(yùn)動(dòng),電子之間沒有相互作用。電子運(yùn)動(dòng)服從量子力學(xué)原理 。 當(dāng)e0時(shí),費(fèi)米球的球心在原點(diǎn),這時(shí),任何一個(gè)量子態(tài)k,都有一個(gè)反方向的k態(tài)與之對(duì)應(yīng),處在這兩種量子態(tài)的電子具
26、有大小相等、方向相反的速度,所以,系統(tǒng)的總電流為0。e e 0時(shí),電子在電場(chǎng)的作用下沿電場(chǎng)的反方向作加速運(yùn)動(dòng):這表明,在電場(chǎng)作用下,整個(gè)電子分布將在k空間沿e的反方向移動(dòng)。所以,費(fèi)米球的球心將偏離原點(diǎn)位置,從而使原來(lái)對(duì)稱的分布偏向一邊,這樣就有一部分電子對(duì)電流的貢獻(xiàn)不能被抵消,而產(chǎn)生宏觀電流。15、 電子填充能帶原則16、 如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)通過給物質(zhì)提供能量,可以使較多的原子躍遷到高能級(jí),如果物質(zhì)具有亞穩(wěn)態(tài),就能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)轉(zhuǎn)激勵(lì)又稱泵浦,分為光激勵(lì)、電激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)、熱激勵(lì)17、 費(fèi)米能級(jí)定義;如何判斷一個(gè)系統(tǒng)是否處于平衡狀態(tài)18、 余輝效應(yīng)的概念,畫圖表示余輝產(chǎn)生原理,余輝時(shí)間有關(guān)的因素,
27、影響因素,金屬是否有余輝效應(yīng);使Si具有熒光效應(yīng)的方法如果熒光材料中含有一些微量雜質(zhì),且這些雜質(zhì)的能級(jí)位于禁帶內(nèi),相當(dāng)于陷阱能級(jí)(Ed),從價(jià)帶被激發(fā)的電子進(jìn)入導(dǎo)帶后,又會(huì)掉入這些陷阱能級(jí)。因?yàn)檫@些被陷阱能級(jí)所捕獲的激發(fā)電子必須首先脫離陷阱能級(jí)進(jìn)入導(dǎo)帶后才能躍遷回到價(jià)帶,所以它們被入射光子激發(fā)后,需要延遲一段時(shí)間才會(huì)發(fā)光,出現(xiàn)了所謂的余輝現(xiàn)象。余輝時(shí)間取決于這些陷阱能級(jí)與導(dǎo)帶之間的能級(jí)差,即陷阱能級(jí)深度。因?yàn)樵谝欢囟认拢?)處于較深的陷阱能級(jí)上的電子被熱重新激發(fā)到導(dǎo)帶的幾率較小,2)或者電子進(jìn)入導(dǎo)帶后又落入其他陷阱能級(jí)(發(fā)生多次捕獲),這些情況都使余輝時(shí)間變長(zhǎng),也就是使發(fā)光的衰減很慢。光致發(fā)
28、光現(xiàn)象不會(huì)在金屬中產(chǎn)生。因?yàn)樵诮饘僦?,價(jià)帶沒有充滿電子,低能級(jí)的電子只會(huì)激發(fā)到同一價(jià)帶的高能級(jí)。在同一價(jià)帶內(nèi),電子從高能級(jí)躍遷回到低能級(jí),所釋放的能量太小,產(chǎn)生的光子的波長(zhǎng)太長(zhǎng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過可見光的波長(zhǎng)。將硅制成納米線19、 歐姆接觸、整流接觸20、 紅寶石激光器是幾能級(jí)系統(tǒng);四能級(jí)系統(tǒng)比三能級(jí)系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的原因,四能級(jí)系統(tǒng)的工作原理四能級(jí)系統(tǒng)比三能級(jí)系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)轉(zhuǎn)21、 本征半導(dǎo)體的概念,與非本征半導(dǎo)體的區(qū)別,導(dǎo)電機(jī)理,能帶特征,缺點(diǎn)本征半導(dǎo)體:沒有雜質(zhì)和缺陷、理想半導(dǎo)體能帶特征:價(jià)帶全滿、導(dǎo)帶全空、禁帶中無(wú)能級(jí)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理:當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí),在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部
29、分電流 (1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng) 電子電流;(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴 空穴電流但是本征半導(dǎo)體對(duì)光、射線、溫度的作用非常敏感,使半導(dǎo)體的載流子數(shù)量隨之發(fā)生明顯變化,因此可用來(lái)制作一些探測(cè)器。(1) 本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少, 其導(dǎo)電性能較差; (2) 溫度愈高, 載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以,溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。本征半導(dǎo)體和非本征半導(dǎo)體的主要區(qū)別載流子數(shù)量:本征半導(dǎo)體中的電子載流子和空穴載流子的數(shù)量相等,而非本征半導(dǎo)體中的電子載流子和空穴載流子的數(shù)量是不相等的。載流子數(shù)量:本征半導(dǎo)體中的電子載流子和空穴載流子的數(shù)量相等,而非本征半導(dǎo)體中的電子載流子和空穴載流子的數(shù)量是
30、不相等的。多子與少子:非本征半導(dǎo)體中的由于雜質(zhì)原子而形成的載流子稱為多數(shù)載流子,雖然摻入的雜質(zhì)原子的數(shù)量與半導(dǎo)體原子數(shù)量相比只是少數(shù)。而本征半導(dǎo)體中由于熱激發(fā)等產(chǎn)生的載流子稱為少數(shù)載流子。22、 超導(dǎo)材料的三個(gè)性能指標(biāo)及兩個(gè)超導(dǎo)態(tài),高溫超導(dǎo)體與常溫超導(dǎo)體的區(qū)別。超導(dǎo)體完全抗磁性的原因性能指標(biāo):臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界磁感應(yīng)強(qiáng)度、臨界電流密度超導(dǎo)態(tài)特性:完全導(dǎo)電性、完全抗磁性常溫超導(dǎo)體:無(wú)混合態(tài);高溫超導(dǎo)體:有混合態(tài) 23、 量子論解釋金屬的比熱由于在量子自由電子中,電子的能級(jí)是分立的不連續(xù)的,只有那些處于較高能級(jí)的電子才能夠跳到?jīng)]有別的電子占據(jù)的更高能級(jí)上去,那些處于低能級(jí)的電子不能跳到較高能級(jí)去,因?yàn)槟切┹^高能級(jí)已經(jīng)有別的電子占據(jù)著。這樣,熱激發(fā)的電子的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于總的價(jià)電子數(shù),所以用量子自由電子論推導(dǎo)出的比熱可以解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。24、 金屬材料是否具有光致發(fā)光效應(yīng)?原因25、 非本征半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電原因,與溫度的關(guān)系圖可分為的區(qū)域以施主摻雜為例,分三個(gè)溫區(qū):施主的富余價(jià)電子所處的雜質(zhì)原子的電子能級(jí)低于半導(dǎo)體的導(dǎo)帶。這個(gè)富余價(jià)電子并沒有被施主原子束縛得很緊,只要有一個(gè)很小的能量Ed就可以使這個(gè)電子進(jìn)入導(dǎo)帶。施主的這個(gè)價(jià)電子進(jìn)入導(dǎo)帶后,不會(huì)在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴。溫區(qū)1-非本征區(qū):電導(dǎo)率隨T增大而增大,
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